貴州村鎮供水工程輸水管線管材選擇的影響因素分析

(貴州省城鄉規劃設計研究院，貴州 貴陽550004）

貴州屬于喀斯特地質地區，地形地貌復雜，村鎮經濟發展相對滯后，因而其供水工程具有以下特點：①供水用途單一，主要為生活用水、少量農副產品加工用水；②供水工程的供水規模小，大多在100～2000m3／d；③供水水源距離鎮區或者村寨遠近不一，有的距離較短(1～2km），有的距離較長（4～6km），少數長達10km以上。針對上述特點，筆者對貴州村鎮供水工程輸水管線管材選擇的影響因素進行了研究。

1 常用供水工程輸水管線管材

輸水管道管材的選擇一般應符合以下要求[1]：①具有一定強度，耐腐蝕性好，能承受所要求的管內外壓力；②水密性好，不漏水、不滲水；③內壁光滑；④施工方便可靠。根據上述要求，符合村鎮供水工程輸水管線的管材有鋼管、給水離心球墨鑄鐵管、PE給水管等。

1）鋼管 鋼管的主要優點是機械強度好、承受高壓能力強、其管身的可焊性便于制造各種管件、特別能適應地形復雜及要求較高的管線使用。鋼管的最大缺點是易腐蝕。由于鋼管易腐蝕，為了提高其使用年限和使用效果，逐步出現了內壁有非金屬涂層的聚乙烯(PE）鋼塑復合管與環氧樹脂(EP）鋼塑復合管、有的廠家還生產乙烯-丙烯酸共聚物(EAA）鋼塑復合管，出現了內壁有非金屬襯里的聚乙烯(PE）、硬聚氯乙烯(PVC-U）、交聯聚乙烯(PEX）、氯化聚氯乙烯(CPVC）和聚丙烯(PP）鋼塑復合管。2種類型的管道均有法蘭式、溝槽式和螺紋式等連接方式。

2）給水離心球墨鑄鐵管 給水鑄鐵管按制造材質及生產工藝不同分為給水灰口鑄鐵管和給水離心球墨鑄鐵管：灰口鑄鐵管受材質和制造工藝限制，具有質硬而脆、重量大、延展性差、壁厚、金屬用量多、施工困難等缺點，一般不在供水工程中使用；給水離心球墨鑄鐵管是將經過球化處理的鑄造鐵水通過離心澆鑄工藝制作成的管道，具有高強度、高延伸性(延伸率≥10%）、抗腐蝕性能強、管壁薄，節省金屬材料等優越性能，可采用法蘭連接、K型機械式柔性連接、T型承插式柔性連接等連接方式，其中T型承插式柔性連接的密封性好且安裝方便，已廣泛應用于供水工程中。

3）PE給水管 PE給水管根據生產管道的聚乙烯原材料不同，目前常用的主要是PE80級和PE100級[2]。PE給水管有著優異的性能特點：①無毒，不含重金屬添加劑，不結垢，不滋生細菌，衛生條件好。②柔韌性好，抗沖擊強度高，耐強震和扭曲。③獨特的電熔焊接和熱熔對接技術使接口強度高于管材本體，保證了接口的安全可靠。PE給水管的主要缺點是裸露在外且沒有采取保護措施時，老化速度較快，大大縮短了管道的使用壽命，而且由于PE給水管較柔軟，對管道基槽處理、覆土等施工要求較高。此外，PE給水管暴露在外時容易遭到人為破壞，安全性較差。

2 輸水管線管材選擇的影響因素

2．1 過水能力及運行成本

相對來說，村鎮供水工程服務地區經濟發展較滯后，居民收入低，特別是需加壓供水時，盡量降低用水居民水價顯得尤其重要，故在供水工程的輸水管管材選擇時應首要考慮管道的過水能力，在相同條件下，盡可能減少管道的水頭損失，降低工程運行電耗和運行成本。

管道的水頭損失包含沿程水頭損失和局部水頭損失，沿程水頭損失可按下式計算[1]：

式中，h表示沿程水頭損失，m；L為管道長度，m；D為管徑，m；q為流量，m3／s；C為海曾-威廉系數。

根據現行設計規范[1]，局部水頭損失一般按沿程水頭損失的5%～10%計算，但受貴州山區特殊地形影響，輸水管線起伏較大、轉彎較多，局部水頭損失較大，對于較長的輸水管線，難以對其局部水頭損失進行詳細計算，根據筆者對貴州山區供水工程的設計經驗，建議按沿程水頭損失的10%～15%計算。

輸水工程的電費可按下式計算[3]：

式中，Q為最高日供水量，m3／d；H為取水揚程，m；η為水泵效率，一般按70%～80%計算；Kz為日變化系數，一般取1．2；d為電費單價，0．54元／(kW·h）。

表1所示為200m3／d供水工程輸水管線(管徑為65mm）在經濟流速(0．73m／s）下的水頭損失和電耗計算結果表。從表1可以看出，無論工程規模的大小如何，同管徑的PE給水管比鋼管和離心球墨鑄鐵管的水頭損失和電耗都要小；當輸水管線較長時，不同管材輸水管道的水頭損失和電耗的差別較大，對水價的影響明顯；當輸水管線較短時，不同管材的輸水管道水頭損失和電耗的差別較小，對水價的影響不明顯。此外，同管徑的PE給水管比鋼管和離心球墨鑄鐵管的水頭損失和電耗都要小。因此，在選擇村鎮供水工程輸水管線管材時應充分考慮工程的供水規模及輸水管線的長度影響。總體來說，當輸水管線較長時，應優先考慮選用PE給水管，這樣可降低工程運行成本；當輸水管線較短時，各種管材的運行成本差別不大，對水價影響小，這時候應結合其他影響因素選擇合適的輸水管管材。

表1 200m3／d供水工程輸水管線水頭損失和電耗計算結果表

2．2 地質和氣候條件

貴州屬喀斯特地質地區，地質情況復雜，較長輸水管線可能會通過不同地質情況的地段，受各種管材的安裝要求限制，輸水管道管材選擇時應充分考慮地質情況的影響。當地質條件為情況良好的土質時，輸水管一般采用埋地敷設；當管線遇到管槽開挖難度較大、投資較大的巖石時，一般考慮在地面上架空敷設。由于PE給水管抗老化性能差且管道材質較軟，若管道敷設在地面上，容易遭到人為破壞，故不宜采用PE管作為輸水管線。貴州大部分地區酸雨污染較嚴重，若管道敷設在地面上，鋼管易受腐蝕，導致使用年限縮短，因而也不宜采用鋼管作為輸水管線。離心球墨鑄鐵管抗腐蝕性能良好，且一般出廠時均作好內外防腐層，能保證管道的使用壽命，故輸水管線在地面上敷設時應優先考慮采用離心球墨鑄鐵管。

2．3 交通運輸條件

貴州山區地形起伏較大，且許多供水工程輸水管線大多敷設在荒郊野外，因而運輸輸水管線的交通條件差，搬運費用高。就相同管徑、相同壓力等級的管道來說，PE管與鋼管、離心球墨鑄鐵管比較具有重量輕的優勢，應當優先考慮采用PE給水管。

2．4 安裝條件

由于大部分供水工程輸水管線敷設在野外，當采用熱熔連接PE管和焊接鋼管時，需引電源到施工現場或者采用發電機供電，如管線長度較長，大大加大了施工難度，施工費用較高。離心球墨鑄鐵管采用T型柔性橡膠圈接口，密封性好，且不需要電源，安裝方便，應優先考慮采用該類型輸水管，但安裝時要注意保護好外防腐層，這樣能延長管道的使用壽命。

3 結 語

村鎮經濟發展相對滯后，在進行村鎮供水工程輸水管線管材選擇時，應考慮過水能力及運行成本、工程所在地的地質和氣候條件、交通運輸條件和安裝條件等影響因素，在目前市場上易采購、應用廣泛的給水管中，選用合適的村鎮供水工程輸水管線管材。

[1]CJJ123-2008，鎮(鄉）村給水工程技術規程 [S]．

[2]方育瑜．供燃氣(給水）用埋地聚乙烯管道 [M]．北京：中國建筑工業出版社，1997．

[3]上海市政工程設計研究院．給水排水設計手冊 [M]．北京：中國建筑工業出版社，2001．